高中化学湖北长江作业本 化学人教选择性必修2 05 第二章　第一节　共价键教师用书

第一节共价键1．理解共价键的概念与形成过程，知道共价键的特征、分类，σ键、π键的形成及特点。2．理解共价键的键参数，并利用键参数推断某些简单分子的性质。一、共价键1．概念原子间通过共用电子对所形成的相互作用。2．类型(按成键原子的原子轨道的重叠方式分类)(1)σ键形成由两个原子的s轨道或p轨道“头碰头”重叠形成类型s－s型H—H的s－sσ键的形成s－p型H—Cl的s－pσ键的形成p－p型Cl—Cl的p－pσ键的形成特征以形成化学键的两原子核的连线为轴做旋转操作，共价键的电子云的图形不变，这种特征称为轴对称，σ键的强度较大(2)π键形成由两个原子的p轨道“肩并肩”重叠形成类型p－pπ键的形成特征π键的电子云具有镜面对称性，即每个π键的电子云由两块组成，如果以它们之间包含原子核的平面为镜面，它们互为镜像；π键不能旋转；不如σ键牢固，较易断裂(3)判断σ键、π键的一般规律共价单键为σ键；共价双键中有1个σ键、1个π键；共价三键中有1个σ键和2个π键。3．特征eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(共价键的饱和性→决定分子的组成,共价键的方向性→决定分子的空间结构))二、键参数1．键能(1)概念：气态分子中1_mol化学键解离成气态原子所吸收的能量。(2)与共价键的稳定性之间的关系：共价键的键能越大，共价键越稳定，越不容易(填“容易”或“不容易”)被打开。2．键长(1)概念：构成化学键的两个原子的核间距。(2)与共价键的稳定性之间的关系：共价键的键长越短，往往键能越大，表明共价键越稳定，反之亦然。3．键角(1)在多原子分子中，两个相邻共价键之间的夹角称为键角。多原子分子的键角一定，表明共价键具有方向性。键角是描述分子空间结构的重要参数，分子的许多性质都与键角有关。(2)常见分子的键角分子空间结构键角实例正四面体形109°28′CH4、CCl4平面形120°苯、乙烯、BF3三角锥形107°NH3V形(或角形)105°H2O直线形180°CO2、CS2、CH≡CHσ键和π键的比较观察乙烷、乙烯和乙炔的分子结构，回答有关问题。活动1乙烷、乙烯和乙炔分子中的共价键分别由几个σ键和几个π键组成？提示：乙烷中有7个σ键，0个π键；乙烯中有5个σ键，1个π键；乙炔中有3个σ键，2个π键。活动2乙烯和乙炔的化学性质为什么比乙烷活泼呢？提示：乙烷中只有σ键，而乙烯和乙炔中有σ键和π键，乙烯和乙炔中的π键键能要小于乙烷中的σ键，更容易发生化学反应。活动3H2、HCl和Cl2分子中共价键轨道完全相同吗？提示：不相同。H的未成对电子位于1s轨道，Cl的未成对电子位于3p轨道，即H和H成键以1s和1s轨道“头碰头”重叠，H和Cl成键以1s和3p轨道“头碰头”重叠，Cl和Cl成键以3p和3p轨道“头碰头”重叠。1．在N2F2分子中，所有原子均符合8电子稳定结构，则该分子中两个氮原子之间的键型构成是()A．仅有1个σ键B．仅有1个π键C．1个σ键，1个π键D．1个σ键，2个π键C解析：由题给条件“所有原子均符合8电子稳定结构”可知，其结构式应为F—N=N—F，则两个氮原子之间为氮氮双键，即1个σ键，1个π键。2．下列表述正确的是()A．共价键的成键原子只能是非金属原子B．所有σ键都比π键强度大C．所有分子中均存在共价键D．氧原子有2个未成对电子，因而能形成2个共价键D解析：共价键的成键原子可以是金属原子，如AlCl3中Al和Cl之间是共价键，A错误；在N2中，σ键的强度比π键的小，B错误；分子中不一定都存在共价键，如稀有气体为单原子分子，分子中不存在共价键，C错误；氧原子最外层有6个电子，有2个未成对电子，因而能形成2个共价键达到8电子稳定结构，D正确。3．氰气的化学式为(CN)2，结构式为N≡C—C≡N，其性质与卤素气体单质相似，氰气可用于有机合成，制作农药，也用作消毒、杀虫的熏蒸剂等。下列叙述正确的是()A．在气体单质中，一定有σ键，可能有π键B．氰气分子中N≡C的键长大于C—C的键长C．氰气分子中含有3个σ键和4个π键D．(CN)2不能与氢氧化钠溶液发生反应C解析：稀有气体为单原子分子，不存在化学键，A错误；成键原子半径越小，键长越短，氮原子半径小于碳原子半径，故N≡C比C—C的键长短，B错误；(CN)2分子中含有3个σ键和4个π键，C正确；由于(CN)2与卤素单质性质相似，故可以和氢氧化钠溶液反应，D错误。4．具有下列电子排布式的原子中，不能形成π键的是()A．1s22s22p63s23p4B．1s22s22p3C．1s22s22p63s1D．1s22s22p2C解析：四种原子分别是S、N、Na、C，其中Na是活泼金属，在化学反应中易失去一个电子，形成的是离子键，而π键是共价键中的一种。(1)s轨道与s轨道形成σ键时，电子并不是只在两核间运动，只是电子在两核间出现的概率大。(2)因s轨道是球形的，故s轨道与s轨道形成σ键时，无方向性。两个s轨道只能形成σ键，不能形成π键。(3)两个原子间可以只形成σ键，但不能只形成π键，必须是在形成σ键的基础上形成π键。(4)分子中σ键与π键的判断方法①根据成键原子的价电子数来判断能形成几个共用电子对。②若只有一个共用电子对，则该共价键一定是σ键；如果形成多个共用电子对时，则先形成1个σ键，其他原子轨道形成π键。键参数的应用下表中是H—X的键能数据：共价键H—FH—ClH—BrH—I键能/(kJ·mol-1)568431.8366298.7活动1由表中键能数据大小说明键能与分子稳定性的关系：HF、HCl、HBr、HI的键能依次________(填“减弱”或“增强”)，说明四种分子的稳定性依次________(填“减弱”或“增强”)，即HF分子最稳定，最难分解，HI分子最不稳定，最________(填“难”或“易”)分解。提示：减弱；减弱；易。活动2如果不提供化学键的键能，你能比较HF、HCl、HBr、HI的稳定性大小吗？你认为键能、键长对分子的化学性质有什么影响？提示：能，因为原子半径：I>Br>Cl>F，故键长：HI>HBr>HCl>HF，一般键长越短，键能越大，共价键越牢固，故稳定性：HF>HCl>HBr>HI。分子中共价键的键能越大，键长越短，共价键越牢固，含有该键的分子越稳定，化学性质越不活泼。活动3根据键角可以确定分子的空间结构。已知甲烷分子中键角是109°28′，CO2分子中键角为180°，BF3分子中键角是120°。试判断这三种分子的空间结构。提示：正四面体；直线形；平面三角形。1．下列事实不能用键能的大小来解释的是()A．氮元素的电负性较大，但N2的化学性质很稳定B．稀有气体一般难发生反应C．HF、HCl、HBr、HI的稳定性逐渐减弱D．HF比H2O稳定B解析：由于N2分子中存在三键，键能很大，破坏共价键需要很大的能量，所以N2的化学性质很稳定；稀有气体都为单原子分子，没有化学键；卤族元素从F到I，原子半径逐渐增大，其氢化物中化学键的键长逐渐变长，键能逐渐变小，稳定性：HF＞HCl＞HBr＞HI；由于H—F的键能大于H—O，稳定性：HF＞H2O。2．能说明BF3分子中的4个原子在同一平面的理由是()A．B—F之间夹角为120°B．B—F为σ键C．3个B—F的键能相同D．3个B—F的键长相等A解析：BF3分子的键角为120°时，BF3分子中的4个原子共面且构成平面三角形。3．几种共价键的键能如下表所示：化学键H—NN≡NCl—ClH—Cl键能/(kJ·mol-1)390.8946242.7431.8下列说法错误的是()A．键能：N≡N＞N=N＞N—NB．H(g)＋Cl(g)=HCl(g)ΔH＝－431.8kJ·mol-1C．H—N键能小于H—Cl键能，所以NH3比HCl稳定D．2NH3(g)＋3Cl2(g)=N2(g)＋6HCl(g)ΔH＝－463.9kJ·mol-1C解析：键长：单键＞双键＞三键，键长越短，键能越大，所以键能：N≡N＞N=N＞N—N，A正确；H(g)＋Cl(g)=HCl(g)的焓变为H—Cl键能的相反数，则ΔH＝－431.8kJ·mol-1，B正确；键能越大，分子越稳定，因此HCl比NH3稳定，C错误；2NH3(g)＋3Cl2(g)=N2(g)＋6HCl(g)ΔH＝6E(N—H)＋3E(Cl—Cl)－E(N≡N)－6E(H—Cl)＝6×390.8kJ·mol-1＋3×242.7kJ·mol-1－946kJ·mol-1－6×431.8kJ·mol-1＝－463.9kJ·mol-1，D正确。4．能量越低越稳定，是自然界的普适原理，当多个原子通过化学键结合时，要放出能量，所以总的能量降低，即形成的分子的能量要比组成它的原子的能量之和低。对比以下几个反应式：Cl＋Cl→Cl2ΔH1＝－242.7kJ·mol-1；O＋O→O2ΔH2＝－497.3kJ·mol-1；N＋N→N2ΔH3＝－946kJ·mol-1。可以得出的结论是()A．在常温下，氮气比氧气和氯气稳定B．氮、氧和氯的单质常温下为气体C．氮、氧和氯的单质都是双原子分子D．氮气、氧气和氯气的密度不同A解析：原子结合成分子时释放的能量越多，表示形成的共价键越牢固，含有该键的分子越稳定，分子的稳定性与物质的物理性质无关，A正确。5．碳和硅的有关化学键键能如下表所示，简要分析和解释下列有关事实：化学键C—CC—HC—OSi—SiSi—HSi—O键能/(kJ·mol-1)347.7413.4351226318452请回答下列问题：(1)通常条件下，比较CH4和SiH4的稳定性强弱：__________________________________________________________。(2)硅与碳同族，也有系列氢化物，但硅烷在种类和数量上都远不如烷烃多，原因是______________________________________________________________。(3)SiH4的稳定性小于CH4，更易生成氧化物，原因是_______________________________________________________________________________。解析：(1)因为C—H的键能大于Si—H的键能，所以CH4比SiH4稳定。(2)C—C和C—H的键能比Si—H和Si—Si的键能都大，因此烷烃比较稳定，而硅烷中Si—Si和Si—H的键能较小，易断裂，导致长链硅烷难以形成。(3)C—H的键能大于C—O的，C—H比C—O稳定，而Si—H的键能却小于Si—O的，所以Si—H不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O。答案：(1)CH4比SiH4稳定(2)C—C和C—H的键能较大，不易断裂，所以形成的烷烃比较稳定，而硅烷中Si—Si和Si—H的键能较小，易断裂，导致长链硅烷难以形成(3)C—H的键能大于C—O，C—H比C—O稳定，而Si—H的键能却小于Si—O，所以Si—H不稳定而倾向于形成稳定性更强的Si—O1．键能的应用(1)表示共价键的强弱：键能越大，化学键越稳定。(2)判断分子的稳定性：结构相似的分子中，共价键的键能越大，分子越稳定。(3)判断化学反应的能量变化。2．键长的应用(1)一般键长越短，键能越大，共价键越稳定，分子越稳定。(2)键长的比较方法①根据原子半径比较，同类型的共价键，成键原子的原子半径越小，键长越短。②根据共用电子对数比较，相同的两个原子间形成共价键时，单键键长＞双键键长＞三键键长。知识点1共价键的类型和特征1．下列对分子中σ键重叠方式的分析，不正确的是()选项分子σ键重叠方式AH2两个氢原子的s轨道重叠BHCl氢原子的s轨道和氯原子的p轨道重叠CCl2一个氯原子的s轨道和另一个氯原子的p轨道重叠DClF氯原子的p轨道和氟原子的p轨道重叠C解析：基态氯原子的价电子排布为3s23p5，故Cl2中是两个氯原子的p轨道“头碰头”重叠形成σ键。2．下列有关σ键和π键的说法，错误的是()A．在某些分子中，化学键可能只有π键而没有σ键B.当原子形成分子时，首先形成σ键，可能形成π键C．σ键的特征是轴对称，π键的特征是镜面对称D．含有π键的分子在反应时，π键是化学反应的积极参与者A解析：共价键中一定含σ键，则在分子中，化学键可能只有σ键，而没有π键，A错误；原子形成分子时，原子轨道优先“头碰头”重叠，则先形成σ键，可能形成π键，B正确；σ键是由原子轨道“头碰头”重叠形成的，可沿键轴自由旋转，为轴对称，而π键是由原子轨道“肩并肩”重叠形成的，重叠程度小，为镜面对称，C正确；π键不稳定，易断裂，则含有π键的分子在反应时，π键是化学反应的积极参与者，D正确。知识点2键参数及其应用3．下列卤化氢分子中键长最短的是()A.HF B．HClC．HBr D．HIA解析：键长是形成共价键的两个原子之间的核间距，故键长大小受成键原子半径大小影响，因为卤素原子半径：F<Cl<Br<I，故卤化氢分子键长由小到大的顺序为H—F<H—Cl<H—Br<H－I，故选A。4．下列关于键长、键能和键角的说法，不正确的是()A．键角是确定多原子分子空间结构的重要参数之一B．通过反应物和生成物分子中的键能数据可以粗略预测反应热的大小C．键长越长，键能越小，共价化合物越稳定D．同种原子间形成的共价键键长长短一般遵循：三键<双键<单键C解析：键长和键角是描述分子空间结构的重要参数，故A正确；反应热＝反应物的总键能－生成物的总键能，则通过反应物和生成物分子中键能数据可以粗略预测反应热的大小，故B正确；键长越短，键能越大，共价化合物越稳定，故C错误；键能越大，键长越短，同种原子间形成的共价键键能大小的一般关系为三键>双键＞单键，则键长：三键<双键<单键，故D正确。5．下列各组比较项目包含的关系中，前者比后者大的是()A．HCl与HF的稳定性B．C6H6与C2H6分子中碳碳键键长C．NHeq\o\al(＋,4)与P4中的键角D．H2O2与O2分子中氧氧键键能C解析：H—F键能大，键长短，稳定性强，A项不符合题意；C2H6中含有碳碳单键，C6H6分子中的碳碳键是介于碳碳单键和碳碳双键之间的特殊键，碳碳单键、碳碳双键、碳碳三键中，碳碳单键最长，碳碳三键最短，B项不符合题意；NHeq\o\al(＋,4)、P4都是正四面体结构，但P4的键角是60°，NHeq\o\al(＋,4)的键角是109°28′，C项符合题意；H2O2中氧氧键是单键，O2分子中氧氧键是双键，由相同的原子形成的双键键能高于单键键能，D项不符合题意。6．下列有关共价键和键参数的说法，不正确的是()A．反－2－丁烯(C4H8)分子中含有8个极性键B．碳碳双键比碳碳单键键能更大，故碳碳双键更稳定C．C—H比Si—H键长更短，故CH4比SiH4更稳定D．H2O分子中的H—O—H键角为105°，表明共价键具有方向性B解析：反－2－丁烯(C4H8)分子中含有8个极性键(C—H)，A正确；碳碳双键中有1个σ键和1个π键，π键不稳定，容易断裂，B错误；C的原子半径小于Si，因此C—H比Si—H短，因此CH4比SiH4稳定，C正确；H2O分子中H—O—H键角为105°，说明共价键具有方向性，D正确。7．下列关于共价键的描述，不正确的是()A．p－pσ键与p－pπ键的电子云图形对称性不同B．HCl分子中的共价键是s－pσ键C．CN－与N2结构相似，CH2=CHCN分子中σ键与π键数目之比为2∶1D．气体单质中一定存在σ键，可能存在π键D解析：σ键的电子云图形为轴对称，π键的电子云图形为镜面对称，则对称性不同，故A正确；HCl分子中的共价键是H的1s轨道与Cl的3p轨道形成的s－pσ键，故B正确；CH2=CHCN分子中含有6个σ键和3个π键，二者数目之比为2∶1，故C正确；稀有气体是单原子分子，分子中不存在共价键，所以稀有气体中没有σ键，故D错误。8．下列说法正确的是()A．若把H2S分子写成H3S分子，违背了共价键的方向性B．s轨道和p轨道重叠可以形成π键C．共价键都具有方向性D．C2H4与Cl2的加成反应中，C2H4只断裂π键D解析：硫原子最外层只有两个未成对电子，根据共价键的饱和性，其氢化物只能是H2S，写成H3S违背了共价键的饱和性，A错误；s轨道和p轨道只能“头碰头”重叠，形成σ键，B错误；s轨道和s轨道形成的σ键没有方向性，因为s轨道电子云为球形，如H2分子中的H—H无方向性，C错误；C2H4与Cl2的加成反应中，C2H4中只有π键断裂，其他σ键不断裂，D正确。9．M、N、X、Y四种短周期主族元素在元素周期表中的相对位置如下表所示，已知它们的原子序数总和为46。MNXY(1)M与Y形成的化合物中一定含________(填“极性”或“非极性”)共价键。(2)N元素形成的单质分子中共价键的类型及数目是_______________________________________________________________________________。在化学反应中________(填“σ键”或“π键”)易断裂。(3)由N、Y的简单氢化物相互作用所生成的物质的电子式为____________________________________________________________________________。(4)M的简单氢化物与N的简单氢化物稳定性：____________＞____________(填化学式)。解析：根据M、N、X、Y四种元素的位置关系，设M的质子数为x，则N的质子数为(x＋1)，X的质子数为(x＋10)，Y的质子数为(x＋11)。由题意可得x＋(x＋1)＋(x＋10)＋(x＋11)＝4x＋22＝46，x＝6，故四种元素分别是C、N、S、Cl。元素的非金属性越强，形成的简单气态氢化物越稳定。答案：(1)极性(2)1个σ键、2个π键π键(3)(4)NH3CH410．(挑战创新题)氮、磷、砷是同主族元素，均广泛用于农药、化肥等化工产品。请回答下列问题。(1)画出基态砷原子价层电子的轨道表示式：__________。(2)NH3、PH